Системный подход в естествознании

    Подсистема. Система может быть разделена на элементы не сразу, а последовательным расчленением на подсистемы, которые представляют собой компоненты более крупные, чем элементы, и в то же время более детальные, чем система в целом. Возможность деления системы на подсистемы связана с выделением совокупностей взаимосвязанных элементов, способных выполнять относительно независимые функции, направленные на достижение общей цели системы [1]. Названием подсистема подчеркивается, что такая часть должна обладать свойствами системы (в частности, свойством целостности, рассматриваемым ниже) и иметь свою подцель. Этим подсистема отличается от простой группы элементов, для которой не сформулирована подцель и не выполняются свойства целостности (для такой группы используется название компоненты) [1].

    Структура. Система может быть определена простым перечислением элементов, входящих в нее и взаимодействующих таким образом, что это приводит к образованию системных свойств, или «черным ящиком» со входами и выходами, взаимодействующими со средой [3]. Однако при исследовании объекта ставится задача не просто отделить объект от среды, а требуется выяснить более детально, что представляет собой объект или процесс, что в нем обеспечивает выполнение поставленной цели.

    Если  для решения задачи оказывается  достаточным определить элементы и  связи между ними и этих элементов  и связей относительно немного, то других понятий и не требуется. Однако, как правило, элементов оказывается очень много, они неоднородны и возникает необходимость многоступенчатого расчленения системы. В этом случае вводится понятие структуры. Структура отражает наиболее существенные взаимоотношения между элементами и их группами (компонентами, подсистемами), которые мало меняются при изменениях в системе и обеспечивают существование системы и ее основных свойств [1].

    В большинстве случаев понятие  структуры принято связывать с графическим отображением. Однако это не обязательно. Структура может быть представлена также в виде теоретико-множественных описаний, в виде матриц, графов и других языков моделирования структур.

    Структурные связи относительно независимы от элементов и могут выступать как инвариант при переходе от одной системы к другой. Благодаря этому закономерности, полученные при изучении систем, отображающих объекты одной природы, могут быть использованы при исследовании систем, отображающих объекты другой физической природы (если, конечно, они зафиксированы в структуре).

    Структуру часто стремятся представить  в виде иерархии. Термин иерархия («многоступенчатость») определяет упорядоченность компонентов по степени важности. Между уровнями иерархической структуры могут существовать взаимоотношения строгого подчинения компонентов (узлов) нижележащего уровня одному из компонентов вышележащего уровня, т. е. отношения так называемого древовидного порядка. Такие иерархии называют сильными или иерархиями типа «дерева». Однако между уровнями иерархической структуры не обязательно должны существовать взаимоотношения строго древовидного порядка. Могут быть связи и в пределах одного уровня иерархии. Один и тот же узел нижележащего уровня иерархии может быть одновременно подчинен нескольким узлам вышележащего уровня. Такие структуры называют иерархическими структурами со слабыми связями [3]. Между уровнями иерархической структуры могут существовать и более сложные взаимоотношения.

    Одна  и та же система может быть представлена разными структурами в зависимости от этапа отображения объекта или процесса в виде системы, от аспекта представления системы, цели ее создания.

    Современный уровень знаний позволяет представить  иерархию природных систем в виде следующей цепочки: элементарные частицы - атомы - молекулы - клетки - многоклеточные - экосистемы - биосфера - космическое тело - звездная система - галактика – Вселенная [4]. Между уровнями приведенной иерархии биосистем не существует четких границ или разрывов, здесь обнаруживается масса промежуточных переходных форм, например, молекула - макромолекула (полимер) - сложномолекулярный комплекс (вирус) - коацерватная капля - клетка. По большому счету четкой границы нет даже между отдельным организмом и экосистемой: организм, изолированный от экосистемы, не может жить долго, так же как изолированный орган не может жить долго без тела, в котором он изначально зародился.

    Связь. Понятие связь входит в любое определение системы наряду с понятием элемент и обеспечивает возникновение и сохранение структуры и целостных свойств системы. Это понятие одновременно характеризует и строение (статику), и функционирование (динамику) системы.

    В настоящее время нет единства в трактовке понятий связь и отношение, не решены вопросы достаточности сети связей для того, чтобы систему можно было считать системой. Мы не будем здесь рассматривать точки зрения по этим вопросам, не будем также рассматривать подходы к классификации связей, а приведем лишь некоторые, наиболее исследованные способы выделения разновидностей связей, чтобы дать более полное представление об этом понятии.

    Связь можно охарактеризовать направлением, силой, характером (или видом). По первым двум признакам связи можно разделить  на направленные и ненаправленные, сильные и слабые, а по характеру - на связи подчинения, связи порождения (или генетические), равноправные (или безразличные), связи управления [1]. Некоторые из этих типов можно разделить более детально: например, связи подчинения могут быть - типа «часть – целое», «род – вид», связи порождения - типа «причина – следствие». Связи можно разделить также по месту приложения (внутренние и внешние), по направленности процессов в системе в целом или в отдельных ее подсистемах (прямые и обратные) и по некоторым более частным признакам.

    Связи в конкретных системах могут быть одновременно охарактеризованы несколькими из названных признаков. Соответственно можно образовать столько классов связей, сколько возможно сочетаний признаков, исключая несовместные сочетания.

    Очень важную роль в системах играет понятие  обратной связи, которая является основой саморегулирования и развития систем, приспособления их к меняющимся условиям существования.

    При этом, если обратная связь усиливает  результаты функционирования, то она называется положительной, если ослабляет - отрицательной [4]. Положительная обратная связь может приводить к неустойчивым состояниям, тогда как отрицательная обратная связь обеспечивает устойчивость системы. С помощью отрицательных обратных связей органические системы поддерживают свою жизнедеятельность. Например, тяжелая физическая работа уменьшает количество кислорода в крови человека. Однако учащенное дыхание увеличивает приток кислорода к легким, что ведет к пополнению запаса кислорода в крови.

    Состояние. Понятием состояние обычно характеризуют мгновенные параметры системы, как бы «срез» системы, остановку в ее развитии. Его определяют либо через входные воздействия и выходные сигналы, либо через макропараметры, макросвойства системы (например, давление, скорость, ускорение). Так, о состоянии покоя говорят стабильные входные воздействия и выходные сигналы; о состоянии равномерного прямолинейного движения - стабильная скорость и т. п.

    Поведение. Если система способна переходить из одного состояния в другое (например, s1 > s2 > s3), то говорят, что она обладает поведением. Этим понятием пользуются, когда неизвестны закономерности переходов из одного состояния в другое. Тогда говорят, что система обладает каким-то поведением и выясняют его закономерности.

    Равновесие. Понятие равновесия определяют как способность системы в отсутствие внешних возмущающих воздействий (или при постоянных воздействиях) сохранять свое состояние сколь угодно долго.

    Устойчивость. Способность системы возвращаться в состояние равновесия после того, как она была из этого состояния выведена под влиянием внешних возмущающих воздействий, называют устойчивостью.

    Состояние равновесия, в которое система  способна возвращаться, по аналогии с  техническими устройствами называют устойчивым состоянием равновесия. Соответственно в сложной системе возможны неустойчивые состояния, или состояния равновесия, возврат в которые сопровождается колебательным процессом.

    Развитие. Исследованию процесса развития, соотношения процессов развития и устойчивости, изучению механизмов, лежащих в их основе, в концепции современного естествознания уделяют большое внимание.

    Понятие развитие помогает объяснить сложные  динамические и информационные процессы в природе и обществе.

    Цель. В это понятие в зависимости oт степени познания объекта и этапа исследования вкладывают различные оттенки - от идеальных устремлений (цель – «выражение активности сознания» , «человек и социальные системы вправе формулировать цели, достижение которых невозможно, но к которым можно непрерывно приближаться») до конкретных целей-результатов, достижимых в пределах некоторого интервала времени, которые иногда даже формулируются в терминах конечного продукта деятельности. Иногда в одной и той же формулировке понятие цель как бы трансформируется, принимая различные оттенки в пределах условной «шкалы» - от идеальных устремлений к материальному воплощению. Таким образом, в понятии цели с момента его возникновения заключено противоречие: - необходимость одновременно быть «опережающей идеей» и отражать материальное воплощение этой идеи. В Большой Советской Энциклопедии цель определяется как «заранее мыслимый результат сознательной деятельности человека» [2] («заранее мыслимый», но все же «результат», воплощение). 

1.3 Основные свойства системы

    Каждый  объект, чтобы его можно было считать  системой, должен обладать четырьмя основными  свойствами или признаками (целостностью и делимостью, наличием устойчивых связей, организацией и эмерджентностью) [1]. Рассмотрим каждый из перечисленных признаков более подробно.

    Целостность и делимость. Система – это, прежде всего, целостная совокупность элементов. Это означает, что, с одной стороны, система - целостное образование и, с другой - в ее составе отчетливо могут быть выделены целостные объекты (элементы). При этом следует иметь в виду, что элементы существуют лишь в системе. Вне системы это в лучшем случае объекты, обладающие системнозначимыми свойствами. При вхождении и систему элемент приобретает системноопределенное свойство взамен системнозначимого [4].

    Таким образом, целостность системы означает с одной стороны, что все подсистемы и компоненты, входящие в систему, связаны между собой различными видами связей и функционируют согласованно для достижения поставленных перед системой целей. С другой стороны, что поставленные перед системой цели могут быть достигнуты только при совместном функционировании всех компонентов, входящих в систему. Только совместная согласованная работа всех компонентов даёт так называемый «системный эффект».

    Но  наличие системного эффекта также  является объязательным условием для  существования системы. Системный  эффект заключается в том, что из свойств системы принципиально невозможно вывести сумму свойств составляющих её компонентов и, обратно, из свойств компонентов невозможно вывести свойства целого, т. е. системы. Например, организм человека представляет большую совокупность различных органов, входящих в состав разных подсистем (костно-мышечная, сердечно-сосудистая, нервная, и т.д.). Каждый орган или подсистема выполняют определённые функции. Но только при совместном их взаимодействии человек, как биологическая система, может передвигаться, мыслить, выполнять творческую и физическую работу, создавать сложнейшие технические объекты, шедевры живописи и музыки. Ни один орган, ни одна подсистема в одиночку не могут это выполнить.

    Наличие устойчивых связей. Наличие существенных устойчивых связей (отношений) между элементами или (и) их свойствами, превосходящих по мощности (силе) связи этих элементов с элементами, не входящими в данную систему, является следующим атрибутом системы. Система существует как некоторое целостное образование, когда мощность (сила) существенных связей между элементами системы на интервале времени, не равном нулю, больше, чем мощность связей этих же элементов с внешней средой.

    Организация. Это свойство характеризуется наличием определенной организации, что проявляется в снижении энтропии (степени неопределенности) системы H{S} по сравнению с энтропией системоформирующих факторов H{F), определяющих возможность создания системы [3].